人教版選修31 第1章 7 靜電現(xiàn)象的應用 課件（38張）.pptx

第一章靜電場 7靜電現(xiàn)象的應用 學習目標1 知道什么是靜電平衡狀態(tài) 能說出靜電平衡產(chǎn)生的條件 2 掌握靜電平衡狀態(tài)下的導體特點 3 了解尖端放電 靜電屏蔽現(xiàn)象及其應用 內容索引 知識探究 題型探究 達標檢測 知識探究 1 如圖1所示 不帶電的金屬導體放到電場中 導體內的自由電子將發(fā)生定向移動 使導體兩端出現(xiàn)等量異號電荷 請思考下列問題 1 自由電子定向移動的原因是什么 定向移動的方向如何 答案 圖1 自由電子受外加電場的電場力作用而移動 向著與電場相反的方向定向移動 一 靜電平衡狀態(tài)下的導體 2 自由電子能否一直定向移動 為什么 答案 不能 感應電荷產(chǎn)生的電場與外加電場反向 阻礙電子的定向移動 當這兩個電場大小相等時 電子的定向移動終止 1 靜電平衡狀態(tài) 導體在電場中發(fā)生靜電感應現(xiàn)象時 感應電荷的電場與原電場 使導體內部電場 直至為零 導體內部自由電子不再發(fā)生的狀態(tài) 2 處于靜電平衡狀態(tài)下導體的特征 1 內部的電場 2 外部表面附近任何一點的場強方向必定與這點的表面 3 整個導體是個 它的表面是個 減弱 定向移動 處處為零 垂直 等勢體 等勢面 疊加 3 靜電平衡時 導體上的電荷分布特點 1 導體內部沒有電荷 電荷只分布在導體的 2 在導體外表面 越尖銳的位置電荷的密度 單位面積的電荷量 凹陷的位置幾乎沒有電荷 表面 越大 判斷下列說法的正誤 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部任意兩點間的電勢差為零 2 靜電平衡狀態(tài)下的導體內部場強處處為零 導體的電勢也為零 3 因為外電場和所有感應電荷的電場在導體內部疊加的合電場為0 所以處于靜電平衡的導體內部電場處處為0 4 靜電平衡時 導體內的自由電子不再運動 1 避雷針是利用尖端放電保護建筑物的一種設施 其原理是什么 答案 導體尖端的電荷密度很大 附近的電場很強 空氣中殘留的帶電粒子在強電場的作用下發(fā)生劇烈的運動 把空氣中的氣體分子撞 散 也就是使分子中的正 負電荷分離 這個現(xiàn)象叫做空氣的電離 中性的分子電離后變成帶負電的自由電子和失去電子而帶正電的離子 這些帶電粒子在強電場的作用下加速 撞擊空氣中的分子 使它們進一步電離 產(chǎn)生更多的帶電粒子 那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子 由于被吸引而奔向尖端 與尖端上的電荷中和 這相當于導體從尖端失去電荷 二 尖端放電靜電屏蔽 2 處于靜電平衡狀態(tài)的導體 其內部場強處處為零 若導體是空心的 則空心部分的場強怎樣 靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的 答案 空心部分場強為零 靜電屏蔽是利用 處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部場強處處為零 即使內部有自由電子 受到的電場力也為0 自由電子不發(fā)生定向移動 1 空氣的電離 導體尖端電荷很大 附近的電場很強 空氣中殘留的帶電粒子在的作用下發(fā)生劇烈的運動把空氣中的氣體分子撞 散 也就是使分子中的正負電荷的現(xiàn)象 2 尖端放電 所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子 由于被 而奔向尖端 與尖端上的電荷 相當于導體從尖端 的現(xiàn)象 3 靜電屏蔽 金屬殼或金屬網(wǎng)的空腔內不受外界電場的影響 殼 網(wǎng) 內電場強度保持為 外電場對殼 網(wǎng) 內的儀器不會產(chǎn)生影響 金屬殼 網(wǎng) 的這種作用叫做 密度 強電場 分離 吸引 中和 失去電荷 0 靜電屏蔽 4 尖端放電和靜電屏蔽的應用 防止 1 尖端放電 應用 是利用尖端放電避免雷擊的一種設施 防止 高壓設備中導體的表面盡量會減少電能的損失 2 靜電屏蔽的應用 電學儀器外面有金屬殼 野外高壓線上方還有兩條導線與大地相連 避雷針 光滑 判斷下列說法的正誤 1 避雷針能避免建筑物被雷擊是因為云層中帶的電荷被避雷針通過導線導入大地 2 用金屬網(wǎng)把驗電器罩起來 再使帶電金屬球靠近驗電器 則驗電器箔片能張開 3 飛機輪上裝有拖地線 油罐車后面拖條鐵鏈都是把靜電導入大地 4 電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的 目的是銅絲衣服有屏蔽作用 使體內場強為零 2 題型探究 一 靜電平衡的理解及應用1 處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部場強為零的本質是外電場e0和感應電荷產(chǎn)生的電場e 的合場強為0 即e0 e 2 孤立的帶電導體處于靜電平衡狀態(tài) 內部場強為0的本質是分布在導體外表面的電荷在導體內部的合場強為0 3 處于靜電平衡的導體是等勢體 表面是等勢面 所以導體表面的電場線應與導體表面垂直 例1長為l的導體棒原來不帶電 現(xiàn)將一帶電荷量為 q的點電荷放在距棒左端r處 如圖2所示 當棒達到靜電平衡后 棒上的感應電荷在棒內中點p處產(chǎn)生的電場強度大小等于 方向為 答案 解析 圖2 向左 導體棒在點電荷 q的電場中發(fā)生靜電感應 左端出現(xiàn)負電荷 右端出現(xiàn)正電荷 棒中任何一點都有兩個電場 即外電場 q在該點形成的電場e0 附加電場 棒上感應電荷在該點形成的電場e 達到靜電平衡狀態(tài)時e e0 題中所求的即為e 于是我們通過上述等式轉化為求e0 于是e e0 針對訓練1 多選 如圖3所示 帶負電的點電荷旁有一接地大金屬板 a為金屬板內的一點 b為金屬板左側外表面上的一點 下列關于金屬板上感應電荷在a點和b點的場強方向判斷正確的是a 感應電荷在a點的場強沿e1方向b 感應電荷在a點的場強沿e2方向c 感應電荷在b點的場強可能沿e3方向d 感應電荷在b點的場強可能沿e4方向 圖3 答案 解析 金屬板內的電場強度處處為0 則感應電荷的電場與點電荷的電場等大反向 即感應電荷在a點的場強沿e2方向 選項b正確 金屬板表面的電場強度垂直表面向外 即為感應電荷的電場與點電荷的電場的合場強 則感應電荷在b點的場強可能沿e3方向 選項c正確 二 靜電平衡導體的電荷分布1 凈電荷只分布在導體表面 內部沒有凈電荷 2 感應電荷分布于導體兩端 電性相反 電量相等 近異遠同 如圖4甲所示 3 凈電荷在導體表面的分布不均勻 一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集 如圖乙所示 甲乙圖4 例2如圖5所示 把一個帶正電的小球放入原來不帶電的金屬空腔球殼內并接觸 其結果可能是a 只有球殼外表面帶正電b 球殼的內表面帶負電 外表面帶正電c 球殼的內 外表面都帶正電d 球殼的內表面帶正電 外表面帶負電 圖5 答案 解析 小球與球殼接觸構成一個新導體 它的電荷量都分布在新導體的外表面 即只有球殼外表面帶正電 a對 b c d錯 針對訓練2 多選 如圖6所示 在絕緣板上放有一個不帶電的金箔驗電器a和一個帶正電荷的空腔導體b 下列實驗方法中能使驗電器箔片張開的是a 用取電棒c 帶絕緣柄的導體棒 先跟b的內壁接觸一下后再跟a接觸b 用取電棒c先跟b的外壁接觸一下后再跟a接觸c 用絕緣導線把驗電器a跟取電棒c的導體部分相連 再把取電棒c與b的內壁接觸d 使驗電器a靠近b 答案 解析 圖6 a項中取電棒先和b的內壁接觸后 由于b的內壁本身沒有電荷 所以再接觸a時驗電器箔片不張開 b項中可以使取電棒帶電 從而使a帶電 c項中用絕緣導線實際上是將驗電器a和b連成了一個導體 a因接觸而帶電 d項中是感應起電 所以b c d項正確 三 靜電屏蔽的理解及應用例3如圖7所示 把原來不帶電的金屬殼b的外表面接地 將一帶正電的小球a從小孔中放入球殼內 但不與b發(fā)生接觸 達到靜電平衡狀態(tài)后 則a b的空腔內電場強度為零b b不帶電c b的外表面帶正電d b的內表面帶負電 圖7 答案 解析 因為金屬殼的外表面接地 所以外表面無感應電荷 只有內表面有感應電荷分布 且由于a帶正電 則b的內表面帶負電 d對 b c錯 b的空腔內有帶正電的小球a產(chǎn)生的電場和金屬殼內表面感應電荷產(chǎn)生的電場 由電場疊加知 電場線的方向由a指向b 所以空腔內電場強度不為零 a錯 靜電屏蔽的兩種情況 針對訓練3 多選 如圖8所示 將懸在絕緣細線上帶正電的小球a放在不帶電的金屬空心球殼b內 與內壁不接觸 外加一個水平向右的場強為e的勻強電場 對于最后的結果 下列判斷正確的是a b的右端帶正電 a向左偏b b的右端帶正電 a不偏左也不偏右c b的左端帶正電 a向右偏d b的左端帶負電 a不偏左也不偏右 答案 解析 圖8 導體空腔處于外電場中時 由于靜電感應的作用 導體球殼的左端將感應出負電荷 右端將感應出正電荷 而導體空腔內部完全不受外加電場的影響 故a不會偏轉 故a c錯誤 b d正確 故選b d 達標檢測 3 1 請用學過的電學知識判斷下列說法正確的是a 電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全b 制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好c 小鳥停在單根高壓輸電線上會被電死d 打雷時 待在汽車里比待在木屋里要危險 答案 解析 1 2 3 4 電工穿絕緣衣容易產(chǎn)生大量的靜電 反而比較危險 選項a錯誤 塑料油桶會因摩擦而帶電 因為塑料是絕緣材料 不能把電導走 所以塑料油桶內易產(chǎn)生火花導致塑料油桶爆炸 選項b正確 小鳥停在單根高壓輸電線上時 加在小鳥兩腿間的電壓非常小 小鳥不會被電死 選項c錯誤 打雷時 待在汽車里 汽車的金屬外殼起到靜電屏蔽的作用 而木屋沒有靜電屏蔽作用 所以待在汽車里比待在木屋里要安全 選項d錯誤 故選b 1 2 3 4 2 如圖9所示 在一電場強度為e的勻強電場中放一金屬空心導體 圖中a b分別為金屬導體內部與空腔中的兩點 則 答案 圖9 1 2 3 4 a a b兩點的電場強度都為零b a點電場強度為零 b點不為零c a點電場強度不為零 b點為零d a b兩點電場強度均不為零 3 多選 如圖10所示 b是帶有絕緣支架的空腔帶電金屬球殼 a是驗電器 a b相距較遠 導線c的一端接驗電器的金屬球 下列現(xiàn)象正確的是 答案 圖10 1 2 3 4 a 將c的另一端與b的外殼接觸 驗電器的金屬箔張開b 將c的另一端與b的內表面接觸 驗電器的金屬箔張開c 將c的另一端與b的外殼接觸 驗電器的金屬箔不張開d 將c的另一端與b的內表面接觸 驗電器的金屬箔不張開 4 如圖11所示 點電荷a和b帶電荷量分別為3 0 10 8c和 2 4 10 8c 彼此相距6cm 若在兩點電荷連線中點o處放一個半徑為1